プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
【課題】基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、スパイラルコイル３が第一金属板４、第二金属板５、及び、冷媒ケース１６によって囲まれた冷媒流路内に配置され、最下部にプラズマ噴出口８が設けられる。第二金属板５は、高周波電力を効率よく伝えるため、石英窓１８が取付けられている。第二金属板５及び第三金属板６に囲まれた長尺チャンバ内部の空間７にガスを供給しつつ、スパイラルコイル３に高周波電力を供給して、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、基材２に照射する。
【解決手段】誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、スパイラルコイル３が第一金属板４、第二金属板５、及び、冷媒ケース１６によって囲まれた冷媒流路内に配置され、最下部にプラズマ噴出口８が設けられる。第二金属板５は、高周波電力を効率よく伝えるため、石英窓１８が取付けられている。第二金属板５及び第三金属板６に囲まれた長尺チャンバ内部の空間７にガスを供給しつつ、スパイラルコイル３に高周波電力を供給して、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、基材２に照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱プラズマを基材に照射して基材を処理する熱プラズマ処理や、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を処理する低温プラズマ処理などの、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や太陽電池に広く利用されている。とりわけ、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは、キャリア移動度が高いうえ、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を活かして、例えば、液晶表示装置、液晶プロジェクタや有機ＥＬ表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子として、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子として広く用いられている。
【０００３】
ガラス基板上に高性能なＴＦＴを作製する方法としては、一般に「高温プロセス」と呼ばれる製造方法がある。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、工程中の最高温度が１０００℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に「高温プロセス」と呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶シリコンを成膜することができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能ＴＦＴを安定的に製造することができる。
【０００４】
他方、高温プロセスは固相成長によりシリコン膜の結晶化を行うプロセスであるために、６００℃程度の温度で４８時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを高めるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため基板のコストが高く、大面積化は困難とされている。
【０００５】
一方、工程中の最高温度を下げ、安価な大面積のガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴを作製するための技術が「低温プロセス」と呼ばれる技術である。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね６００℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性のガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴを製造するプロセスは、一般に「低温プロセス」と呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化を行うレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。
【０００６】
しかしながら、このレーザー結晶化技術には幾つかの大きな課題がある。一つは、レーザー結晶化技術によって形成したポリシリコン膜の内部に局在する多量の捕獲準位である。この捕獲準位の存在により、電圧の印加によって本来能動層を移動するはずのキャリアが捕獲され、電気伝導に寄与できず、ＴＦＴの移動度の低下、閾値電圧の増大といった悪影響を及ぼす。
【０００７】
更に、レーザー出力の制限によって、ガラス基板のサイズが制限されるといった課題もある。レーザー結晶化工程のスループットを向上させるためには、一度に結晶化できる面積を増やす必要がある。しかしながら、現状のレーザー出力には制限があるため、第７世代（１８００ｍｍ×２１００ｍｍ）といった大型基板にこの結晶化技術を採用する場合には、基板一枚を結晶化するために長時間を要する。
【０００８】
また、レーザー結晶化技術は一般的にライン状に成形されたレーザーが用いられ、これを走査させることによって結晶化を行なう。このラインビームは、レーザー出力に制限があるため基板の幅よりも短く、基板全面を結晶化するためには、レーザーを数回に分けて走査する必要がある。これによって基板内にはラインビームの継ぎ目の領域が発生し、二回走査されてしまう領域ができる。この領域は一回の走査で結晶化した領域とは結晶性が大きく異なる。そのため両者の素子特性は大きく異なり、デバイスの特性バラツキの大きな要因となる。
【０００９】
最後に、レーザー結晶化装置は装置構成が複雑であり且つ、消耗部品のコストが高いため、装置コストおよびランニングコストが高いという課題がある。これによって、レーザー結晶化装置によって結晶化したポリシリコン膜を使用したＴＦＴは製造コストが高い素子になってしまう。
【００１０】
このような基板サイズの制限、装置コストが高いといった課題を克服するため、「熱プラズマジェット結晶化法」と呼ばれる結晶化技術が研究されている（例えば、非特許文献１を参照）。本技術を以下に簡単に説明する。タングステン（Ｗ）陰極と水冷した銅（Ｃｕ）陽極を対向させ、ＤＣ電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この電極間に大気圧下でアルゴンガスを流すことによって、銅陽極に空いた噴出孔から熱プラズマが噴出する。
【００１１】
熱プラズマとは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。このことから、熱プラズマは被熱物体を容易に高温に加熱することが可能であり、ａ−Ｓｉ膜を堆積した基板が超高温の熱プラズマを高速走査することによってａ−Ｓｉ膜を結晶化することができる。
【００１２】
このように装置構成が極めて単純であり、且つ大気圧下での結晶化プロセスであるため、装置を密閉チャンバ等の高価な部材で覆う必要が無く、装置コストが極めて安くなることが期待できる。また結晶化に必要なユーティリティは、アルゴンガスと電力と冷却水であるため、ランニングコストも安い結晶化技術である。
【００１３】
図５は、この熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図である。
【００１４】
同図において、熱プラズマ発生装置３１は、陰極３２と、この陰極３２と所定距離だけ離間して対向配置される陽極３３とを備え構成される。陰極３２は、例えばタングステン等の導電体からなる。陽極３３は、例えば銅などの導電体からなる。また、陽極３３は、中空に形成され、この中空部分に水を通して冷却可能に構成されている。また、陽極３３には噴出孔（ノズル）３４が設けられている。陰極３２と陽極３３の間に直流（ＤＣ）電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。
【００１５】
この状態において、陰極３２と陽極３３の間に大気圧下でアルゴンガス等のガスを流すことによって、上記の噴出孔３４から熱プラズマ３５を噴出させることができる。ここで「熱プラズマ」とは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。
【００１６】
このような熱プラズマを半導体膜の結晶化のための熱処理に利用することができる。具体的には、基板３６上に半導体膜３７（例えば、アモルファスシリコン膜）を形成しておき、当該半導体膜３７に熱プラズマ（熱プラズマジェット）３５を当てる。このとき、熱プラズマ３５は、半導体膜３７の表面と平行な第１軸（図示の例では左右方向）に沿って相対的に移動させながら半導体膜３７に当てられる。すなわち、熱プラズマ３５は第１軸方向に走査しながら半導体膜３７に当てられる。
【００１７】
ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜３７（及びこれを支持する基板３６）と熱プラズマ３５とを相対的に移動させることを言い、一方のみを移動させる場合と両者をともに移動させる場合のいずれも含まれる。このような熱プラズマ３５の走査により、半導体膜３７が熱プラズマ３５の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜３８（本例ではポリシリコン膜）が得られる（例えば、特許文献１を参照）。
【００１８】
図６は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。同図に示すように、熱プラズマ３５を高速で移動させることにより、表面近傍のみを高温で処理することができる。熱プラズマ３５が通り過ぎた後、加熱された領域は速やかに冷却されるので、表面近傍はごく短時間だけ高温になる。
【００１９】
このような熱プラズマは、点状領域に発生させるのが一般的である。熱プラズマは、陰極３２からの熱電子放出によって維持されており、プラズマ密度の高い位置では熱電子放出がより盛んになるため、正のフィードバックがかかり、ますますプラズマ密度が高くなる。つまり、アーク放電は陰極の１点に集中して生じることとなり、熱プラズマは点状領域に発生する。
【００２０】
半導体膜の結晶化など、平板状の基材を一様に処理したい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に渡って走査する必要があるが、走査回数を減らしてより短時間で処理できるプロセスを構築するには、熱プラズマの照射領域を広くすることが有効である。このため、古くから熱プラズマを大面積に発生させる技術が検討されている。
【００２１】
例えば、プラズマトーチの外ノズルより噴射するプラズマジェットに、外ノズルの中心軸線と交差する方向でプラズマジェットを広幅化させるための広幅化ガスを２ケ所から同時に噴出し、プラズマジェットを広幅化させる方法が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。或いは、ノズル通路の口部が、当該ノズル通路の軸芯に対して所定角度で傾斜していることを特徴とするプラズマノズルを設け、ノズル通路を構成するケーシング、またはそのケーシングの一部を、その長手軸芯回りに高速で回転させ、プラズマノズルをワークピースに沿って通過移動させる方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。また、少なくとも一つの偏芯して配置されたプラズマノズルを持つ回転ヘッドを設けたものが開示されている（例えば、特許文献４を参照）。
【００２２】
なお、大面積を短時間で処理することを目的としたものではないが、熱プラズマを用いた溶接方法として、帯状電極を用い、その幅方向が溶接線方向となるように配置して溶接することを特徴とする高速ガスシールドアーク溶接方法が開示されている（例えば、特許文献５を参照）。
【００２３】
また、扁平な直方体状の絶縁体材料を用いた、線状の細長い形状をなす誘導結合型プラズマトーチが開示されている（例えば、特許文献６を参照）。
【００２４】
なお、長尺の電極を用いた細長い線状のプラズマを生成する方法が開示されている（例えば、特許文献７を参照）。熱プラズマを発生させるものと記載されているが、これは低温プラズマを発生させるものであり、熱処理に適した構成ではない。仮に熱プラズマを発生させたとすると、電極を用いた容量結合型であるため、アーク放電が一箇所に集中し、長尺方向に均一な熱プラズマを発生させることは困難と推察される。一方、低温プラズマ処理装置としては、エッチングガスやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）用のガスをプラズマ化することにより、エッチングや成膜などのプラズマ処理が可能な装置である。
【００２５】
また、マイクロストリップラインを用いて長尺プラズマを生成する方法が開示されている（例えば、特許文献８を参照）。この構成では、プラズマに接触するチャンバ壁面が完全には冷却できない（水冷流路によって囲まれていない）ので、熱プラズマ源としては動作できないものと考えられる。
【００２６】
また、複数の放電電極をライン状に並べることにより、線状の長尺プラズマトーチを形成するものが開示されている（例えば、特許文献９を参照）。
【００２７】
なお、エッチングやＣＶＤを行うための装置において、平面状のスパイラルコイルを用いるものが開示されている（例えば、特許文献１０を参照）が、これは真空中で大面積プラズマを発生させ、基材の表面を面状に一括処理するためのものであり、本件発明の技術分野とは異なる技術分野に関係するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００８−５３６３４号公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０２７号公報
【特許文献３】特開２００１−６８２９８号公報
【特許文献４】特表２００２−５００８１８号公報
【特許文献５】特開平０４−２８４９７４号公報
【特許文献６】特表２００９−５４５１６５号公報
【特許文献７】特開２００７−２８７４５４号公報
【特許文献８】特表２０１０−５３９３３６号公報
【特許文献９】特開２００９−１５８２５１号公報
【特許文献１０】特開平３−７９０２５号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Ｓ．Ｈｉｇａｓｈｉ， Ｈ．Ｋａｋｕ，Ｔ．Ｏｋａｄａ，Ｈ．Ｍｕｒａｋａｍｉ ａｎｄ Ｓ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４５，５Ｂ（２００６）ｐｐ．４３１３−４３２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来の熱プラズマを大面積に発生させる技術は有効ではなかった。
【００３１】
従来例に示した特許文献２に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、広幅化はされるものの、広幅化された領域における温度分布は１００℃以上となっており、均一な熱処理の実現は不可能である。
【００３２】
また、従来例に示した特許文献３、４に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、本質的には熱プラズマを揺動させるものであるから、実質的に熱処理されている時間は、回転させずに走査した場合と比べて短くなるので、大面積を処理する時間が特段短くなるものではない。また、均一処理のためには回転速度を走査速度に比べて十分に大きくする必要があり、ノズルの構成が複雑化することは避けられない。
【００３３】
また、従来例に示した特許文献５に記載の技術は溶接技術であり、大面積を均一に処理するための構成ではない。仮にこれを大面積処理用途に適用しようとしても、この構成においては点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、時間平均すると均一にプラズマが発生するものの、瞬間的には不均一なプラズマが生じている。したがって、大面積の均一処理には適用できない。
【００３４】
また、従来例に示した特許文献６に記載の技術は、非特許文献１や特許文献１に開示されているＤＣアーク放電を用いたものと異なり、誘導結合型の高周波プラズマトーチであることが特徴である。無電極放電であることから、熱プラズマの安定性に優れ（時間変化が小さい）、電極材料の基材への混入（コンタミネーション）が少ないという利点がある。
【００３５】
さて、誘導結合型プラズマトーチにおいては、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流す方法が一般的に採用されている。しかしながら、従来例に示した特許文献６に記載の技術においては、絶縁体材料が扁平な直方体状をなしていることから、これを単純に二重管構成としただけでは、十分な流量の冷媒を流すことができない。なぜなら、絶縁体材料は一般に金属に比べて機械的強度に劣るため、絶縁体材料を長尺方向に余りに長くすると、二重管の内圧を高くできなくなるからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。
【００３６】
なお、点状の熱プラズマであっても、その直径が大きければ大面積処理の際の走査回数を減らせるため、用途によっては短時間で処理できる。しかし、熱プラズマの直径が大きいと、走査時に熱プラズマが基材上を通過する時間が実質的に長くなるため、ごく短時間だけ基材の表面近傍のみを高温処理することはできず、基材のかなり深い領域までが高温になり、例えばガラス基板の割れや膜剥がれなどの不具合を生じることがある。
【００３７】
また、従来例に示した特許文献９に記載の技術では、先に述べた誘導結合型の高周波プラズマトーチと比較して、熱プラズマの安定性に劣り（時間変化が大きい）、電極材料の基材への混入（コンタミネーション）が多いという欠点がある。
【００３８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本願の第１発明のプラズマ処理装置は、長尺で線状の開口部と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記開口部と連通し、かつ、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台と、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えた装置において、前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間が、冷媒流路を構成することを特徴とする。
【００４０】
このような構成により、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【００４１】
本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記コイルが、全体として一つのスパイラル形状をなすことが望ましい。
【００４２】
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００４３】
また、この場合、好適には、前記スパイラルコイルが、平面状であることが望ましい。
【００４４】
このような構成により、より簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００４５】
また、好適には、前記チャンバの前記スパイラルコイルに近い側の内壁面が、前記スパイラルコイルがなす平面と平行な平面であることが望ましい。
【００４６】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００４７】
また、好適には、前記チャンバが、前記チャンバの前記スパイラルコイルに近い面が、面積比５０％以上９５％以下の誘電体部材と金属で構成されていることが望ましい。
【００４８】
このような構成により、効果的なチャンバ冷却およびプラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００４９】
また、好適には、前記チャンバの外形が、前記スパイラルコイルの外形よりも大きいことが望ましい。
【００５０】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００５１】
また、好適には、「前記チャンバの深さ」＝「前記チャンバの、前記スパイラルコイルから前記チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記チャンバの深さが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、前記チャンバの深さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５２】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００５３】
また、前記開口部が、前記チャンバにおいて、前記スパイラルコイルとは反対側に設けられていてもよいし、前記開口部から前記チャンバへの向きと、前記スパイラルコイルから前記チャンバへの向きが、互いに垂直であってもよい。
【００５４】
或いは、前記コイルが、前記チャンバを取り囲むように配置されており、かつ、全体として一つのソレノイド状をなす構成であってもよい。
【００５５】
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００５６】
本願の第２発明のプラズマ処理方法は、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法であって、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間に冷媒を流しつつ、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理することを特徴とする。
【００５７】
このような構成により、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【図５】従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図６】従来例における最表面からの深さと温度の関係を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。
【００６１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１及び図２を参照して説明する。
【００６２】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。
【００６３】
図１（ｂ）は、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行で、かつ、基材に垂直な面で切った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で切った断面図、図１（ａ）は、図１（ｂ）の破線で切った断面図である。また、図２は、図１に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。
【００６４】
図１及び図２において、基材載置台１上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、導体製の平面状のスパイラルコイル３が第一金属板４及び石英窓１８を有する第二金属板５の近傍に配置される。石英窓１８は、耐熱性シール材１９で第二金属板５と接続されている。スパイラルコイル３の近傍の第二金属板５に誘電体材料である石英窓１８を設置することにより、長尺チャンバ内に高周波電力を印加することができ、長尺チャンバ内にプラズマを生成させることが可能となる。一部に誘電体部材を含む金属部材の長尺チャンバは、石英窓１８を有する第二金属板５、第三金属板６によって囲まれた空間（長尺チャンバ内部の空間７）により画定される。長尺チャンバのスパイラルコイル３に近い側の内壁面は、スパイラルコイル３がなす平面と平行な平面である。
【００６５】
このような構成では、スパイラルコイル３の任意の部位において、スパイラルコイル３から長尺チャンバまでの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。また、長尺チャンバの外形は、スパイラルコイル３の外形よりも大きく構成される。このような構成も、スパイラルコイル３の任意の部位において、スパイラルコイル３から長尺チャンバまでの距離が等しくなることに繋がるので、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００６６】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
【００６７】
長尺チャンバ内部の空間７は、石英窓１８を有する第二金属板５の片面をなす平面と、第三金属板６に設けられた凹部（溝）に囲まれている。長尺チャンバ内部の空間７に発生したプラズマは、長尺チャンバにおけるスリット状の開口部としてのプラズマ噴出口８より基材２に向けて噴出する。また、長尺チャンバの長手方向とプラズマ噴出口８の長手方向とは平行に配置されている。また、プラズマ噴出口８は、長尺チャンバにおいて、スパイラルコイル３とは反対側に設けられている。
【００６８】
石英窓１８を有する第二金属板５に設けられた凹部（溝）と、第一金属板４の片面をなす平面（長尺チャンバに向かう面）に囲まれたプラズマガスマニホールド９が設けられている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、石英窓１８を有する第二金属板５に設けられた長尺のガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、長尺チャンバ内部の空間７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
【００６９】
プラズマガス供給穴１１は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けてもよい。
【００７０】
スパイラルコイル３の中心軸は、長尺チャンバの長手方向、及び、プラズマ噴出口８の長手方向と平行に配置されている。
【００７１】
また、スパイラルコイル３の長手方向に平行でスパイラルコイル３の中心を通る直線（図２の点線Ａ）と、長尺チャンバの長手方向に平行で長尺チャンバの中心を通る直線（図２の点線Ｂ）と、プラズマガス供給穴１１の長手方向に平行でプラズマガス供給穴１１の中心を通る直線（図２の点線Ｃ）と、プラズマ噴出口８の長手方向に平行でプラズマ噴出口８の中心を通る直線（図２の点線Ｄ）が、互いに平行、かつ同一平面上に配置されている。このような構成により、均一なプラズマを得つつ、プラズマを発生させる部分の体積を最小にできるので、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００７２】
また、基材載置台１に近い部分に、シールドガス供給口としてのシールドガスノズル１３が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド１４が設けられる。このように、２系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、或いは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
【００７３】
なお、シールドガス供給口は、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに長尺な形状をもつスリットであってもよいし、或いは、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに並んだ多数の穴であってもよい。
【００７４】
スパイラルコイル３は冷媒流路１５内に設けられ、冷媒流路１５は、冷媒ケース１６と第一金属板４、石英窓１８を有する第二金属板５によって囲まれた空間からなる。また、冷媒ケース１７と第三金属板６によって囲まれた空間も冷媒流路１５となっている。つまり、石英窓１８を有する第二金属板５及び第三金属板６と、これらよりも外側に配置されたカバーとしての冷媒ケース１６によって囲まれた空間が、冷媒流路を構成している。
【００７５】
また、スパイラルコイル３の高周波電力供給部及び接地部に、２つのタップ２０が設けられている。タップ２０は導体製で、銅、真鍮などから選定される。タップ２０には、冷媒ケース１６に設けられた貫通穴を介して、導体製のボルト２１がねじ込まれている。ボルト２１の頭部と冷媒ケース１６の間にはオーリングが設けられている。ボルト２１と冷媒ケース１６の間に、図示しない銅板などが挟みこまれ、高周波系の配線がなされる。冷媒ケース１６、１７に設けられた冷媒配管２３を介して、冷媒流路１５内に冷媒、例えば冷却水が導入され、排出される。
【００７６】
なお、冷媒ケース１６と石英窓１８を有する第二金属板５、冷媒ケース１７と第三金属板６のあたり面にも、図示しないオーリングが設けられている。
【００７７】
このように、スパイラルコイル３の周囲、及び、長尺チャンバを構成する部材である石英窓１８を有する第二金属板５、第三金属板６の周囲に、冷媒としての冷却水が流れ、スパイラルコイル３、石英窓１８、第二金属板５、第三金属板６の冷却が実現される。
【００７８】
また、第二金属板５、第三金属板６及びスパイラルコイル３の近傍のみ石英窓１８の構造とすることにより、大量の冷媒を流して冷媒流路１５内部の内圧（水圧）が高くなった場合においても、第二金属板５、第三金属板６、石英窓１８の変形が起きにくい。つまり、本実施の形態においては、従来例に示した特許文献６に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができ、効果的な冷却が可能である。剛性をさらに高めるために、冷媒ケース１６、１７の材料や厚さを工夫することも可能である。
【００７９】
長方形のスリット状のプラズマ噴出口８が設けられ、基材載置台１（或いは、基材載置台１上の基材２）は、プラズマ噴出口８と対向して配置されている。この状態で、長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりスパイラルコイル３に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射することにより、基材２上の薄膜２２をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動させることで、基材２を処理する。つまり、図１（ａ）の左右方向へ、図１（ｂ）の紙面に垂直な方向へ、誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１を動かす。
【００８０】
長尺チャンバ内に供給するガスとして種々のものが使用可能だが、プラズマの安定性、着火性、プラズマに暴露される部材の寿命などを考えると、不活性ガス主体であることが望ましい。なかでも、Ａｒガスが典型的に用いられる。Ａｒのみでプラズマを生成させた場合、プラズマは相当高温となる（１０，０００Ｋ以上）。
【００８１】
なお、本構成においては、プラズマ噴出口８の長手方向の長さが、基材２の幅以上となっているので、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍の薄膜２２の全体を処理することができる。
【００８２】
このようなプラズマ処理装置において、長尺チャンバ内にガス噴出口よりＡｒまたはＡｒ＋Ｈ2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、スパイラルコイル３に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７に高周波電磁界を発生させることでプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【００８３】
プラズマ発生の条件としては、プラズマ噴出口８と基材２間の距離＝３〜５０ｍｍ、走査速度＝５０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ2ガス中のＨ2濃度＝０〜１０％、シールドガス（Ｎ2）流量＝１〜１００ＳＬＭ、高周波電力＝０．５〜１０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、プラズマ噴出口８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、プラズマ噴出口８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。
【００８４】
このように、プラズマ噴出口８の長手方向と、基材載置台１とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口８の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材２の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。また、長尺チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅（図１（ａ）における、長尺チャンバ内部の空間７の幅）は、プラズマ噴出口８の幅（図１（ａ）における隙間の幅）よりも少し大きい程度でよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
【００８５】
なお、「長尺チャンバ内部の空間７の深さ」を、＝「長尺チャンバの、スパイラルコイル３から長尺チャンバへの方向の長さ」と定義すると、長尺チャンバ内部の空間７の深さは図１（ａ）のｄに相当する。長尺チャンバ内部の空間７の長さ（長手方向の大きさ）を９５ｍｍとして深さｄを変化させて大気圧にて実験したところ、深さｄが１ｍｍ以上５ｍｍ以下のときに、高周波電力１０ｋＷ以下でＡｒガスによる熱プラズマの発生に成功した。高周波電力をさらに上げれば、深さｄが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下でも熱プラズマが発生するものと考えられるが、この範囲から外れれば、大気圧での誘導結合性プラズマ処理が困難である。
【００８６】
この実験結果から、深さｄは０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが望ましく、さらに好適には、深さｄは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましいといえる。このことは、長尺チャンバ内部の空間７の体積が小さくてよいということをも示しており、従来例に比較して高い電力効率が得られるものと考えられる。
【００８７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図３及び図４を参照して説明する。
【００８８】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。
【００８９】
図３（ｂ）は、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行で、かつ、基材に垂直な面で切った断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で切った断面図、図３（ａ）は図３（ｂ）の破線で切った断面図である。また、図４は、図３に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。
【００９０】
図３及び図４において、基材載置台１上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、誘電体製の長尺チャンバは、蓋２４の下方に設けられた金属板２５、石英窓１８を有する筒状の金属管２８、筒状で片方の開口部の幅が狭くなっている石英ノズル２９によって囲まれた空間（長尺チャンバ内部の空間７）により画定される。石英窓１８は、耐熱性シール材１９で筒状の金属管２８と接続されている。金属管２８の下面と、石英ノズル２９の上面は環状に隙間無く接合されている。導体製の螺旋状のソレノイドコイル２７が、長尺チャンバを取り囲むように、金属管２８の周囲に配置される。ソレノイドコイル２７の近傍の筒状の金属管２８に誘電体材料である石英窓１８を設置することで、長尺チャンバ内に高周波電力を印加することができ、長尺チャンバ内にプラズマを生成することが可能になる。
【００９１】
長尺チャンバのソレノイドコイル２７に近い側の内壁面は、ソレノイドコイル２７が全体として構成する筒状の形状と平行な面を構成している。このような構成では、ソレノイドコイル２７の任意の部位において、ソレノイドコイル２７から長尺チャンバまでの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。
【００９２】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
【００９３】
長尺チャンバ内部の空間７は、金属板２５、石英窓１８、金属管２８、石英ノズル２９に囲まれている。つまり、長尺チャンバ全体が誘電体で囲まれている構成である。長尺チャンバ内部の空間７に発生したプラズマは、長尺チャンバにおけるスリット状の開口部（石英ノズル２９の下方に設けられた、幅が狭い方の開口部）としてのプラズマ噴出口８より基材２に向けて噴出する。また、長尺チャンバの長手方向とプラズマ噴出口８の長手方向とは平行に配置されている。
【００９４】
蓋２４に設けられた凹部（溝）と、金属板２５の片面をなす平面（長尺チャンバと反対側の面）に囲まれたプラズマガスマニホールド９が設けられている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、金属板２５に設けられた長尺のガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、長尺チャンバ内部の空間７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
【００９５】
プラズマガス供給穴１１は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けてもよい。
【００９６】
ソレノイドコイル２７の中心軸は、長尺チャンバの中心軸、プラズマ噴出口８の中心軸と一致するように配置されている。なお、この中心軸は、図３（ａ）及び（ｂ）に示されている破線である。
【００９７】
また、基材載置台１に近い部分に、シールドガス供給口としてのシールドガスノズル１３が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド１４が設けられる。このように、２系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、或いは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
【００９８】
なお、シールドガス供給口は、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに長尺な形状をもつスリットであってもよいし、或いは、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに並んだ多数の穴であってもよい。
【００９９】
ソレノイドコイル２７は冷媒流路１５内に設けられ、冷媒流路１５は、冷媒ケース１６と冷媒流路蓋２６、石英窓１８を有した金属管２８によって囲まれた空間からなる。つまり、石英窓１８を有する金属管２８と、これらよりも外側に配置されたカバーとしての冷媒ケース１６によって囲まれた空間が、冷媒流路冷媒流路を構成している。
【０１００】
また、ソレノイドコイル２７の高周波電力供給部及び接地部に、２つのタップ２０が設けられている。タップ２０は導体製で、銅、真鍮などから選定される。タップ２０には、冷媒ケース１６に設けられた貫通穴を介して、導体製のボルト２１がねじ込まれている。ボルト２１の頭部と冷媒ケース１６の間にはオーリングが設けられている。ボルト２１と冷媒ケース１６の間に、図示しない銅板などが挟みこまれ、高周波系の配線がなされる。冷媒ケース１６に設けられた図示しない冷媒配管を介して、冷媒流路１５内に冷媒、例えば冷却水が導入され、排出される。
【０１０１】
なお、冷媒ケース１６と冷媒流路蓋２６及び石英ノズル２９のあたり面、及び、冷媒流路蓋２６と金属管２８のあたり面にも、オーリングが設けられている。
【０１０２】
このように、ソレノイドコイル２７の周囲、及び、長尺チャンバを構成する部材である金属管２８、石英ノズル２９の周囲に、冷媒としての冷却水が流れ、ソレノイドコイル２７、金属管２８、石英ノズル２９の冷却が実現される。
【０１０３】
また、金属管２８に石英窓１８をはめ込む構造とすることにより、大量の冷媒を流して冷媒流路１５内部の内圧（水圧）が高くなった場合においても、金属管２８、石英ノズル２９、石英窓１８の変形が起きにくい。つまり、本実施の形態においては、従来例に示した特許文献６に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができ、効果的な冷却が可能である。剛性をさらに高めるために、冷媒ケース１６の材料や厚さを工夫することも可能である。
【０１０４】
長方形のスリット状のプラズマ噴出口８が設けられ、基材載置台１（或いは、基材載置台１上の基材２）は、プラズマ噴出口８と対向して配置されている。この状態で、長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりソレノイドコイル２７に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射することにより、基材２上の薄膜２２をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動させることで、基材２を処理する。つまり、図３（ａ）の左右方向へ、図３（ｂ）の紙面に垂直な方向へ、誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１を動かす。
【０１０５】
長尺チャンバ内に供給するガスとして種々のものが使用可能だが、プラズマの安定性、着火性、プラズマに暴露される部材の寿命などを考えると、不活性ガス主体であることが望ましい。なかでも、Ａｒガスが典型的に用いられる。Ａｒのみでプラズマを生成させた場合、プラズマは相当高温となる（１０，０００Ｋ以上）。
【０１０６】
なお、本構成においては、プラズマ噴出口８の長手方向の長さが、基材２の幅以上となっているので、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍の薄膜２２の全体を処理することができる。
【０１０７】
このようなプラズマ処理装置において、長尺チャンバ内にガス噴出口よりＡｒまたはＡｒ＋Ｈ2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、ソレノイドコイル２７に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７に高周波電磁界を発生させることでプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【０１０８】
プラズマ発生の条件としては、プラズマ噴出口８と基材２間の距離＝３〜５０ｍｍ、走査速度＝５０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ2ガス中のＨ2濃度＝０〜１０％、シールドガス（Ｎ2）流量＝１〜１００ＳＬＭ、高周波電力＝０．５〜１０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、プラズマ噴出口８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、プラズマ噴出口８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。
【０１０９】
このように、プラズマ噴出口８の長手方向と、基材載置台１とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口８の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材２の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。また、長尺チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅（図３（ａ）における、長尺チャンバ内部の空間７の幅）は、プラズマ噴出口８の幅（図３（ａ）における隙間の幅）よりも少し大きい程度でよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
【０１１０】
また、本発明の種々の構成によって、基材２の表面近傍を高温処理することが可能となる。従来例で詳しく述べたＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、さまざまな表面処理に適用できる。
【０１１１】
また、太陽電池の製造方法としては、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。
【０１１２】
また、プラズマの着火を容易にするために、着火源を用いることも可能である。着火源としては、ガス給湯器などに用いられる点火用スパーク装置などを利用できる。
【０１１３】
また、説明においては簡単のため「熱プラズマ」という言葉を用いているが、熱プラズマと低温プラズマの区分けは厳密には難しく、また、例えば、田中康規「熱プラズマにおける非平衡性」プラズマ核融合学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．８（２００６）ｐｐ．４７９−４８３において解説されているように、熱的平衡性のみでプラズマの種類を区分することも困難である。本発明は、基材を熱処理することを一つの目的としており、熱プラズマ、熱平衡プラズマ、高温プラズマなどの用語にとらわれず、高温のプラズマを照射する技術に関するものに適用可能である。
【０１１４】
また、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理する場合について詳しく例示したが、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理する場合においても、本発明は適用できる。プラズマガスに反応ガスを混ぜることにより、反応ガスによるプラズマを基材へ照射し、エッチングやＣＶＤが実現できる。或いは、プラズマガスとしては希ガスまたは希ガスに少量のＨ2ガスを加えたガスを用いつつ、シールドガスとして反応ガスを含むガスを供給することによって、プラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射し、エッチング、ＣＶＤ、ドーピングなどのプラズマ処理を実現することもできる。
【０１１５】
プラズマガスとしてアルゴンを主成分とするガスを用いると、実施例で詳しく例示したように、熱プラズマが発生する。一方、プラズマガスとしてヘリウムを主成分とするガスを用いると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。
【０１１６】
このような方法で、基材をあまり加熱することなく、エッチングや成膜などの処理が可能となる。エッチングに用いる反応ガスとしては、ハロゲン含有ガス、例えば、ＣxＦy（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ6などがあり、シリコンやシリコン化合物などをエッチングすることができる。反応ガスとしてＯ2を用いれば、有機物の除去、レジストアッシングなどが可能となる。ＣＶＤに用いる反応ガスとしては、モノシラン、ジシランなどがあり、シリコンやシリコン化合物の成膜が可能となる。或いは、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスとＯ2の混合ガスを用いれば、シリコン酸化膜を成膜することができる。その他、撥水性・親水性を改質する表面処理など、種々の低温プラズマ処理が可能である。
【０１１７】
従来技術（例えば、特許文献７に記載のもの）に比較すると、誘導結合型であるため、単位体積あたり高いパワー密度を投入してもアーク放電に移行しにくいため、より高密度なプラズマが発生可能であり、その結果、速い反応速度が得られ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
以上のように本発明は、ＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能である。勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、さまざまな表面処理において、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。
【０１１９】
また、種々の電子デバイスなどの製造における、エッチング・成膜・ドーピング・表面改質などの低温プラズマ処理において、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 基材載置台
２ 基材
Ｔ 誘導結合型プラズマトーチユニット
３ スパイラルコイル
４ 第一金属板
５ 第二金属板
６ 第三金属板
７ 長尺チャンバ内部の空間
８ プラズマ噴出口
９ プラズマガスマニホールド
１１ プラズマガス供給穴
１３ シールドガスノズル
１４ シールドガスマニホールド
１５ 冷媒流路
１６ 冷媒ケース
１７ 冷媒ケース
１８ 石英窓
１９ 耐熱性シール材
２２ 薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱プラズマを基材に照射して基材を処理する熱プラズマ処理や、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を処理する低温プラズマ処理などの、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や太陽電池に広く利用されている。とりわけ、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは、キャリア移動度が高いうえ、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴を活かして、例えば、液晶表示装置、液晶プロジェクタや有機ＥＬ表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子として、或いは液晶駆動用ドライバの回路素子として広く用いられている。
【０００３】
ガラス基板上に高性能なＴＦＴを作製する方法としては、一般に「高温プロセス」と呼ばれる製造方法がある。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、工程中の最高温度が１０００℃程度の高温を用いるプロセスを一般的に「高温プロセス」と呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により比較的良質の多結晶シリコンを成膜することができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスではこれらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能ＴＦＴを安定的に製造することができる。
【０００４】
他方、高温プロセスは固相成長によりシリコン膜の結晶化を行うプロセスであるために、６００℃程度の温度で４８時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを高めるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため基板のコストが高く、大面積化は困難とされている。
【０００５】
一方、工程中の最高温度を下げ、安価な大面積のガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴを作製するための技術が「低温プロセス」と呼ばれる技術である。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね６００℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性のガラス基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ ＴＦＴを製造するプロセスは、一般に「低温プロセス」と呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化を行うレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。
【０００６】
しかしながら、このレーザー結晶化技術には幾つかの大きな課題がある。一つは、レーザー結晶化技術によって形成したポリシリコン膜の内部に局在する多量の捕獲準位である。この捕獲準位の存在により、電圧の印加によって本来能動層を移動するはずのキャリアが捕獲され、電気伝導に寄与できず、ＴＦＴの移動度の低下、閾値電圧の増大といった悪影響を及ぼす。
【０００７】
更に、レーザー出力の制限によって、ガラス基板のサイズが制限されるといった課題もある。レーザー結晶化工程のスループットを向上させるためには、一度に結晶化できる面積を増やす必要がある。しかしながら、現状のレーザー出力には制限があるため、第７世代（１８００ｍｍ×２１００ｍｍ）といった大型基板にこの結晶化技術を採用する場合には、基板一枚を結晶化するために長時間を要する。
【０００８】
また、レーザー結晶化技術は一般的にライン状に成形されたレーザーが用いられ、これを走査させることによって結晶化を行なう。このラインビームは、レーザー出力に制限があるため基板の幅よりも短く、基板全面を結晶化するためには、レーザーを数回に分けて走査する必要がある。これによって基板内にはラインビームの継ぎ目の領域が発生し、二回走査されてしまう領域ができる。この領域は一回の走査で結晶化した領域とは結晶性が大きく異なる。そのため両者の素子特性は大きく異なり、デバイスの特性バラツキの大きな要因となる。
【０００９】
最後に、レーザー結晶化装置は装置構成が複雑であり且つ、消耗部品のコストが高いため、装置コストおよびランニングコストが高いという課題がある。これによって、レーザー結晶化装置によって結晶化したポリシリコン膜を使用したＴＦＴは製造コストが高い素子になってしまう。
【００１０】
このような基板サイズの制限、装置コストが高いといった課題を克服するため、「熱プラズマジェット結晶化法」と呼ばれる結晶化技術が研究されている（例えば、非特許文献１を参照）。本技術を以下に簡単に説明する。タングステン（Ｗ）陰極と水冷した銅（Ｃｕ）陽極を対向させ、ＤＣ電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。この電極間に大気圧下でアルゴンガスを流すことによって、銅陽極に空いた噴出孔から熱プラズマが噴出する。
【００１１】
熱プラズマとは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。このことから、熱プラズマは被熱物体を容易に高温に加熱することが可能であり、ａ−Ｓｉ膜を堆積した基板が超高温の熱プラズマを高速走査することによってａ−Ｓｉ膜を結晶化することができる。
【００１２】
このように装置構成が極めて単純であり、且つ大気圧下での結晶化プロセスであるため、装置を密閉チャンバ等の高価な部材で覆う必要が無く、装置コストが極めて安くなることが期待できる。また結晶化に必要なユーティリティは、アルゴンガスと電力と冷却水であるため、ランニングコストも安い結晶化技術である。
【００１３】
図５は、この熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図である。
【００１４】
同図において、熱プラズマ発生装置３１は、陰極３２と、この陰極３２と所定距離だけ離間して対向配置される陽極３３とを備え構成される。陰極３２は、例えばタングステン等の導電体からなる。陽極３３は、例えば銅などの導電体からなる。また、陽極３３は、中空に形成され、この中空部分に水を通して冷却可能に構成されている。また、陽極３３には噴出孔（ノズル）３４が設けられている。陰極３２と陽極３３の間に直流（ＤＣ）電圧を印加すると両極間にアーク放電が発生する。
【００１５】
この状態において、陰極３２と陽極３３の間に大気圧下でアルゴンガス等のガスを流すことによって、上記の噴出孔３４から熱プラズマ３５を噴出させることができる。ここで「熱プラズマ」とは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。
【００１６】
このような熱プラズマを半導体膜の結晶化のための熱処理に利用することができる。具体的には、基板３６上に半導体膜３７（例えば、アモルファスシリコン膜）を形成しておき、当該半導体膜３７に熱プラズマ（熱プラズマジェット）３５を当てる。このとき、熱プラズマ３５は、半導体膜３７の表面と平行な第１軸（図示の例では左右方向）に沿って相対的に移動させながら半導体膜３７に当てられる。すなわち、熱プラズマ３５は第１軸方向に走査しながら半導体膜３７に当てられる。
【００１７】
ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜３７（及びこれを支持する基板３６）と熱プラズマ３５とを相対的に移動させることを言い、一方のみを移動させる場合と両者をともに移動させる場合のいずれも含まれる。このような熱プラズマ３５の走査により、半導体膜３７が熱プラズマ３５の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜３８（本例ではポリシリコン膜）が得られる（例えば、特許文献１を参照）。
【００１８】
図６は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。同図に示すように、熱プラズマ３５を高速で移動させることにより、表面近傍のみを高温で処理することができる。熱プラズマ３５が通り過ぎた後、加熱された領域は速やかに冷却されるので、表面近傍はごく短時間だけ高温になる。
【００１９】
このような熱プラズマは、点状領域に発生させるのが一般的である。熱プラズマは、陰極３２からの熱電子放出によって維持されており、プラズマ密度の高い位置では熱電子放出がより盛んになるため、正のフィードバックがかかり、ますますプラズマ密度が高くなる。つまり、アーク放電は陰極の１点に集中して生じることとなり、熱プラズマは点状領域に発生する。
【００２０】
半導体膜の結晶化など、平板状の基材を一様に処理したい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に渡って走査する必要があるが、走査回数を減らしてより短時間で処理できるプロセスを構築するには、熱プラズマの照射領域を広くすることが有効である。このため、古くから熱プラズマを大面積に発生させる技術が検討されている。
【００２１】
例えば、プラズマトーチの外ノズルより噴射するプラズマジェットに、外ノズルの中心軸線と交差する方向でプラズマジェットを広幅化させるための広幅化ガスを２ケ所から同時に噴出し、プラズマジェットを広幅化させる方法が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。或いは、ノズル通路の口部が、当該ノズル通路の軸芯に対して所定角度で傾斜していることを特徴とするプラズマノズルを設け、ノズル通路を構成するケーシング、またはそのケーシングの一部を、その長手軸芯回りに高速で回転させ、プラズマノズルをワークピースに沿って通過移動させる方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。また、少なくとも一つの偏芯して配置されたプラズマノズルを持つ回転ヘッドを設けたものが開示されている（例えば、特許文献４を参照）。
【００２２】
なお、大面積を短時間で処理することを目的としたものではないが、熱プラズマを用いた溶接方法として、帯状電極を用い、その幅方向が溶接線方向となるように配置して溶接することを特徴とする高速ガスシールドアーク溶接方法が開示されている（例えば、特許文献５を参照）。
【００２３】
また、扁平な直方体状の絶縁体材料を用いた、線状の細長い形状をなす誘導結合型プラズマトーチが開示されている（例えば、特許文献６を参照）。
【００２４】
なお、長尺の電極を用いた細長い線状のプラズマを生成する方法が開示されている（例えば、特許文献７を参照）。熱プラズマを発生させるものと記載されているが、これは低温プラズマを発生させるものであり、熱処理に適した構成ではない。仮に熱プラズマを発生させたとすると、電極を用いた容量結合型であるため、アーク放電が一箇所に集中し、長尺方向に均一な熱プラズマを発生させることは困難と推察される。一方、低温プラズマ処理装置としては、エッチングガスやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）用のガスをプラズマ化することにより、エッチングや成膜などのプラズマ処理が可能な装置である。
【００２５】
また、マイクロストリップラインを用いて長尺プラズマを生成する方法が開示されている（例えば、特許文献８を参照）。この構成では、プラズマに接触するチャンバ壁面が完全には冷却できない（水冷流路によって囲まれていない）ので、熱プラズマ源としては動作できないものと考えられる。
【００２６】
また、複数の放電電極をライン状に並べることにより、線状の長尺プラズマトーチを形成するものが開示されている（例えば、特許文献９を参照）。
【００２７】
なお、エッチングやＣＶＤを行うための装置において、平面状のスパイラルコイルを用いるものが開示されている（例えば、特許文献１０を参照）が、これは真空中で大面積プラズマを発生させ、基材の表面を面状に一括処理するためのものであり、本件発明の技術分野とは異なる技術分野に関係するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開２００８−５３６３４号公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０２７号公報
【特許文献３】特開２００１−６８２９８号公報
【特許文献４】特表２００２−５００８１８号公報
【特許文献５】特開平０４−２８４９７４号公報
【特許文献６】特表２００９−５４５１６５号公報
【特許文献７】特開２００７−２８７４５４号公報
【特許文献８】特表２０１０−５３９３３６号公報
【特許文献９】特開２００９−１５８２５１号公報
【特許文献１０】特開平３−７９０２５号公報
【非特許文献】
【００２９】
【非特許文献１】Ｓ．Ｈｉｇａｓｈｉ， Ｈ．Ｋａｋｕ，Ｔ．Ｏｋａｄａ，Ｈ．Ｍｕｒａｋａｍｉ ａｎｄ Ｓ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４５，５Ｂ（２００６）ｐｐ．４３１３−４３２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来の熱プラズマを大面積に発生させる技術は有効ではなかった。
【００３１】
従来例に示した特許文献２に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、広幅化はされるものの、広幅化された領域における温度分布は１００℃以上となっており、均一な熱処理の実現は不可能である。
【００３２】
また、従来例に示した特許文献３、４に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、本質的には熱プラズマを揺動させるものであるから、実質的に熱処理されている時間は、回転させずに走査した場合と比べて短くなるので、大面積を処理する時間が特段短くなるものではない。また、均一処理のためには回転速度を走査速度に比べて十分に大きくする必要があり、ノズルの構成が複雑化することは避けられない。
【００３３】
また、従来例に示した特許文献５に記載の技術は溶接技術であり、大面積を均一に処理するための構成ではない。仮にこれを大面積処理用途に適用しようとしても、この構成においては点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、時間平均すると均一にプラズマが発生するものの、瞬間的には不均一なプラズマが生じている。したがって、大面積の均一処理には適用できない。
【００３４】
また、従来例に示した特許文献６に記載の技術は、非特許文献１や特許文献１に開示されているＤＣアーク放電を用いたものと異なり、誘導結合型の高周波プラズマトーチであることが特徴である。無電極放電であることから、熱プラズマの安定性に優れ（時間変化が小さい）、電極材料の基材への混入（コンタミネーション）が少ないという利点がある。
【００３５】
さて、誘導結合型プラズマトーチにおいては、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流す方法が一般的に採用されている。しかしながら、従来例に示した特許文献６に記載の技術においては、絶縁体材料が扁平な直方体状をなしていることから、これを単純に二重管構成としただけでは、十分な流量の冷媒を流すことができない。なぜなら、絶縁体材料は一般に金属に比べて機械的強度に劣るため、絶縁体材料を長尺方向に余りに長くすると、二重管の内圧を高くできなくなるからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。
【００３６】
なお、点状の熱プラズマであっても、その直径が大きければ大面積処理の際の走査回数を減らせるため、用途によっては短時間で処理できる。しかし、熱プラズマの直径が大きいと、走査時に熱プラズマが基材上を通過する時間が実質的に長くなるため、ごく短時間だけ基材の表面近傍のみを高温処理することはできず、基材のかなり深い領域までが高温になり、例えばガラス基板の割れや膜剥がれなどの不具合を生じることがある。
【００３７】
また、従来例に示した特許文献９に記載の技術では、先に述べた誘導結合型の高周波プラズマトーチと比較して、熱プラズマの安定性に劣り（時間変化が大きい）、電極材料の基材への混入（コンタミネーション）が多いという欠点がある。
【００３８】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本願の第１発明のプラズマ処理装置は、長尺で線状の開口部と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記開口部と連通し、かつ、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバと、前記チャンバ内にガスを導入するためのガス供給配管と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台と、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えた装置において、前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間が、冷媒流路を構成することを特徴とする。
【００４０】
このような構成により、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【００４１】
本願の第１発明のプラズマ処理装置において、好適には、前記コイルが、全体として一つのスパイラル形状をなすことが望ましい。
【００４２】
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００４３】
また、この場合、好適には、前記スパイラルコイルが、平面状であることが望ましい。
【００４４】
このような構成により、より簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００４５】
また、好適には、前記チャンバの前記スパイラルコイルに近い側の内壁面が、前記スパイラルコイルがなす平面と平行な平面であることが望ましい。
【００４６】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００４７】
また、好適には、前記チャンバが、前記チャンバの前記スパイラルコイルに近い面が、面積比５０％以上９５％以下の誘電体部材と金属で構成されていることが望ましい。
【００４８】
このような構成により、効果的なチャンバ冷却およびプラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００４９】
また、好適には、前記チャンバの外形が、前記スパイラルコイルの外形よりも大きいことが望ましい。
【００５０】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００５１】
また、好適には、「前記チャンバの深さ」＝「前記チャンバの、前記スパイラルコイルから前記チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記チャンバの深さが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが望ましい。さらに好適には、前記チャンバの深さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。
【００５２】
このような構成により、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００５３】
また、前記開口部が、前記チャンバにおいて、前記スパイラルコイルとは反対側に設けられていてもよいし、前記開口部から前記チャンバへの向きと、前記スパイラルコイルから前記チャンバへの向きが、互いに垂直であってもよい。
【００５４】
或いは、前記コイルが、前記チャンバを取り囲むように配置されており、かつ、全体として一つのソレノイド状をなす構成であってもよい。
【００５５】
このような構成により、簡単な構成でプラズマ処理装置を実現できる。
【００５６】
本願の第２発明のプラズマ処理方法は、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法であって、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間に冷媒を流しつつ、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理することを特徴とする。
【００５７】
このような構成により、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【発明の効果】
【００５８】
本発明によれば、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、或いは、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図
【図５】従来例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図
【図６】従来例における最表面からの深さと温度の関係を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置について図面を用いて説明する。
【００６１】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図１及び図２を参照して説明する。
【００６２】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。
【００６３】
図１（ｂ）は、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行で、かつ、基材に垂直な面で切った断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で切った断面図、図１（ａ）は、図１（ｂ）の破線で切った断面図である。また、図２は、図１に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。
【００６４】
図１及び図２において、基材載置台１上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、導体製の平面状のスパイラルコイル３が第一金属板４及び石英窓１８を有する第二金属板５の近傍に配置される。石英窓１８は、耐熱性シール材１９で第二金属板５と接続されている。スパイラルコイル３の近傍の第二金属板５に誘電体材料である石英窓１８を設置することにより、長尺チャンバ内に高周波電力を印加することができ、長尺チャンバ内にプラズマを生成させることが可能となる。一部に誘電体部材を含む金属部材の長尺チャンバは、石英窓１８を有する第二金属板５、第三金属板６によって囲まれた空間（長尺チャンバ内部の空間７）により画定される。長尺チャンバのスパイラルコイル３に近い側の内壁面は、スパイラルコイル３がなす平面と平行な平面である。
【００６５】
このような構成では、スパイラルコイル３の任意の部位において、スパイラルコイル３から長尺チャンバまでの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。また、長尺チャンバの外形は、スパイラルコイル３の外形よりも大きく構成される。このような構成も、スパイラルコイル３の任意の部位において、スパイラルコイル３から長尺チャンバまでの距離が等しくなることに繋がるので、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００６６】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
【００６７】
長尺チャンバ内部の空間７は、石英窓１８を有する第二金属板５の片面をなす平面と、第三金属板６に設けられた凹部（溝）に囲まれている。長尺チャンバ内部の空間７に発生したプラズマは、長尺チャンバにおけるスリット状の開口部としてのプラズマ噴出口８より基材２に向けて噴出する。また、長尺チャンバの長手方向とプラズマ噴出口８の長手方向とは平行に配置されている。また、プラズマ噴出口８は、長尺チャンバにおいて、スパイラルコイル３とは反対側に設けられている。
【００６８】
石英窓１８を有する第二金属板５に設けられた凹部（溝）と、第一金属板４の片面をなす平面（長尺チャンバに向かう面）に囲まれたプラズマガスマニホールド９が設けられている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、石英窓１８を有する第二金属板５に設けられた長尺のガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、長尺チャンバ内部の空間７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
【００６９】
プラズマガス供給穴１１は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けてもよい。
【００７０】
スパイラルコイル３の中心軸は、長尺チャンバの長手方向、及び、プラズマ噴出口８の長手方向と平行に配置されている。
【００７１】
また、スパイラルコイル３の長手方向に平行でスパイラルコイル３の中心を通る直線（図２の点線Ａ）と、長尺チャンバの長手方向に平行で長尺チャンバの中心を通る直線（図２の点線Ｂ）と、プラズマガス供給穴１１の長手方向に平行でプラズマガス供給穴１１の中心を通る直線（図２の点線Ｃ）と、プラズマ噴出口８の長手方向に平行でプラズマ噴出口８の中心を通る直線（図２の点線Ｄ）が、互いに平行、かつ同一平面上に配置されている。このような構成により、均一なプラズマを得つつ、プラズマを発生させる部分の体積を最小にできるので、プラズマ発生効率の良いプラズマ処理装置を実現できる。
【００７２】
また、基材載置台１に近い部分に、シールドガス供給口としてのシールドガスノズル１３が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド１４が設けられる。このように、２系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、或いは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
【００７３】
なお、シールドガス供給口は、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに長尺な形状をもつスリットであってもよいし、或いは、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに並んだ多数の穴であってもよい。
【００７４】
スパイラルコイル３は冷媒流路１５内に設けられ、冷媒流路１５は、冷媒ケース１６と第一金属板４、石英窓１８を有する第二金属板５によって囲まれた空間からなる。また、冷媒ケース１７と第三金属板６によって囲まれた空間も冷媒流路１５となっている。つまり、石英窓１８を有する第二金属板５及び第三金属板６と、これらよりも外側に配置されたカバーとしての冷媒ケース１６によって囲まれた空間が、冷媒流路を構成している。
【００７５】
また、スパイラルコイル３の高周波電力供給部及び接地部に、２つのタップ２０が設けられている。タップ２０は導体製で、銅、真鍮などから選定される。タップ２０には、冷媒ケース１６に設けられた貫通穴を介して、導体製のボルト２１がねじ込まれている。ボルト２１の頭部と冷媒ケース１６の間にはオーリングが設けられている。ボルト２１と冷媒ケース１６の間に、図示しない銅板などが挟みこまれ、高周波系の配線がなされる。冷媒ケース１６、１７に設けられた冷媒配管２３を介して、冷媒流路１５内に冷媒、例えば冷却水が導入され、排出される。
【００７６】
なお、冷媒ケース１６と石英窓１８を有する第二金属板５、冷媒ケース１７と第三金属板６のあたり面にも、図示しないオーリングが設けられている。
【００７７】
このように、スパイラルコイル３の周囲、及び、長尺チャンバを構成する部材である石英窓１８を有する第二金属板５、第三金属板６の周囲に、冷媒としての冷却水が流れ、スパイラルコイル３、石英窓１８、第二金属板５、第三金属板６の冷却が実現される。
【００７８】
また、第二金属板５、第三金属板６及びスパイラルコイル３の近傍のみ石英窓１８の構造とすることにより、大量の冷媒を流して冷媒流路１５内部の内圧（水圧）が高くなった場合においても、第二金属板５、第三金属板６、石英窓１８の変形が起きにくい。つまり、本実施の形態においては、従来例に示した特許文献６に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができ、効果的な冷却が可能である。剛性をさらに高めるために、冷媒ケース１６、１７の材料や厚さを工夫することも可能である。
【００７９】
長方形のスリット状のプラズマ噴出口８が設けられ、基材載置台１（或いは、基材載置台１上の基材２）は、プラズマ噴出口８と対向して配置されている。この状態で、長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりスパイラルコイル３に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射することにより、基材２上の薄膜２２をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動させることで、基材２を処理する。つまり、図１（ａ）の左右方向へ、図１（ｂ）の紙面に垂直な方向へ、誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１を動かす。
【００８０】
長尺チャンバ内に供給するガスとして種々のものが使用可能だが、プラズマの安定性、着火性、プラズマに暴露される部材の寿命などを考えると、不活性ガス主体であることが望ましい。なかでも、Ａｒガスが典型的に用いられる。Ａｒのみでプラズマを生成させた場合、プラズマは相当高温となる（１０，０００Ｋ以上）。
【００８１】
なお、本構成においては、プラズマ噴出口８の長手方向の長さが、基材２の幅以上となっているので、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍の薄膜２２の全体を処理することができる。
【００８２】
このようなプラズマ処理装置において、長尺チャンバ内にガス噴出口よりＡｒまたはＡｒ＋Ｈ2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、スパイラルコイル３に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７に高周波電磁界を発生させることでプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【００８３】
プラズマ発生の条件としては、プラズマ噴出口８と基材２間の距離＝３〜５０ｍｍ、走査速度＝５０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ2ガス中のＨ2濃度＝０〜１０％、シールドガス（Ｎ2）流量＝１〜１００ＳＬＭ、高周波電力＝０．５〜１０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、プラズマ噴出口８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、プラズマ噴出口８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。
【００８４】
このように、プラズマ噴出口８の長手方向と、基材載置台１とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口８の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材２の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。また、長尺チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅（図１（ａ）における、長尺チャンバ内部の空間７の幅）は、プラズマ噴出口８の幅（図１（ａ）における隙間の幅）よりも少し大きい程度でよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
【００８５】
なお、「長尺チャンバ内部の空間７の深さ」を、＝「長尺チャンバの、スパイラルコイル３から長尺チャンバへの方向の長さ」と定義すると、長尺チャンバ内部の空間７の深さは図１（ａ）のｄに相当する。長尺チャンバ内部の空間７の長さ（長手方向の大きさ）を９５ｍｍとして深さｄを変化させて大気圧にて実験したところ、深さｄが１ｍｍ以上５ｍｍ以下のときに、高周波電力１０ｋＷ以下でＡｒガスによる熱プラズマの発生に成功した。高周波電力をさらに上げれば、深さｄが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下でも熱プラズマが発生するものと考えられるが、この範囲から外れれば、大気圧での誘導結合性プラズマ処理が困難である。
【００８６】
この実験結果から、深さｄは０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下であることが望ましく、さらに好適には、深さｄは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましいといえる。このことは、長尺チャンバ内部の空間７の体積が小さくてよいということをも示しており、従来例に比較して高い電力効率が得られるものと考えられる。
【００８７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図３及び図４を参照して説明する。
【００８８】
図３（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に垂直な面で切った断面図である。
【００８９】
図３（ｂ）は、誘導結合型プラズマトーチユニットの長尺方向に平行で、かつ、基材に垂直な面で切った断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で切った断面図、図３（ａ）は図３（ｂ）の破線で切った断面図である。また、図４は、図３に示した誘導結合型プラズマトーチユニットの組立構成図であり、各部品（一部）の斜視図を並べたものである。
【００９０】
図３及び図４において、基材載置台１上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニットＴにおいて、誘電体製の長尺チャンバは、蓋２４の下方に設けられた金属板２５、石英窓１８を有する筒状の金属管２８、筒状で片方の開口部の幅が狭くなっている石英ノズル２９によって囲まれた空間（長尺チャンバ内部の空間７）により画定される。石英窓１８は、耐熱性シール材１９で筒状の金属管２８と接続されている。金属管２８の下面と、石英ノズル２９の上面は環状に隙間無く接合されている。導体製の螺旋状のソレノイドコイル２７が、長尺チャンバを取り囲むように、金属管２８の周囲に配置される。ソレノイドコイル２７の近傍の筒状の金属管２８に誘電体材料である石英窓１８を設置することで、長尺チャンバ内に高周波電力を印加することができ、長尺チャンバ内にプラズマを生成することが可能になる。
【００９１】
長尺チャンバのソレノイドコイル２７に近い側の内壁面は、ソレノイドコイル２７が全体として構成する筒状の形状と平行な面を構成している。このような構成では、ソレノイドコイル２７の任意の部位において、ソレノイドコイル２７から長尺チャンバまでの距離が等しくなるので、小さい高周波電力で誘導結合性プラズマの発生が可能となり、効率の良いプラズマ生成が実現できる。
【００９２】
誘導結合型プラズマトーチユニットＴは、全体が接地された導体製のシールド部材（図示しない）で囲われ、高周波の漏洩（ノイズ）が効果的に防止できるとともに、好ましくない異常放電などを効果的に防止できる。
【００９３】
長尺チャンバ内部の空間７は、金属板２５、石英窓１８、金属管２８、石英ノズル２９に囲まれている。つまり、長尺チャンバ全体が誘電体で囲まれている構成である。長尺チャンバ内部の空間７に発生したプラズマは、長尺チャンバにおけるスリット状の開口部（石英ノズル２９の下方に設けられた、幅が狭い方の開口部）としてのプラズマ噴出口８より基材２に向けて噴出する。また、長尺チャンバの長手方向とプラズマ噴出口８の長手方向とは平行に配置されている。
【００９４】
蓋２４に設けられた凹部（溝）と、金属板２５の片面をなす平面（長尺チャンバと反対側の面）に囲まれたプラズマガスマニホールド９が設けられている。プラズマガス供給配管１０よりプラズマガスマニホールド９に供給されたガスは、金属板２５に設けられた長尺のガス導入部としてのプラズマガス供給穴１１（貫通穴）を介して、長尺チャンバ内部の空間７に導入される。このような構成により、長手方向に均一なガス流れを簡単に実現できる。プラズマガス供給配管１０へ導入するガスの流量は、その上流にマスフローコントローラなどの流量制御装置を備えることにより制御される。
【００９５】
プラズマガス供給穴１１は、長尺のスリットであるが、丸い穴状のものを長手方向に複数設けてもよい。
【００９６】
ソレノイドコイル２７の中心軸は、長尺チャンバの中心軸、プラズマ噴出口８の中心軸と一致するように配置されている。なお、この中心軸は、図３（ａ）及び（ｂ）に示されている破線である。
【００９７】
また、基材載置台１に近い部分に、シールドガス供給口としてのシールドガスノズル１３が配置され、その内部にはシールドガスマニホールド１４が設けられる。このように、２系統のガス導入が準備されており、プラズマ生成に適したプラズマガスとは別にシールドガスを供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、或いは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
【００９８】
なお、シールドガス供給口は、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに長尺な形状をもつスリットであってもよいし、或いは、プラズマ噴出口８の長尺方向と平行な向きに並んだ多数の穴であってもよい。
【００９９】
ソレノイドコイル２７は冷媒流路１５内に設けられ、冷媒流路１５は、冷媒ケース１６と冷媒流路蓋２６、石英窓１８を有した金属管２８によって囲まれた空間からなる。つまり、石英窓１８を有する金属管２８と、これらよりも外側に配置されたカバーとしての冷媒ケース１６によって囲まれた空間が、冷媒流路冷媒流路を構成している。
【０１００】
また、ソレノイドコイル２７の高周波電力供給部及び接地部に、２つのタップ２０が設けられている。タップ２０は導体製で、銅、真鍮などから選定される。タップ２０には、冷媒ケース１６に設けられた貫通穴を介して、導体製のボルト２１がねじ込まれている。ボルト２１の頭部と冷媒ケース１６の間にはオーリングが設けられている。ボルト２１と冷媒ケース１６の間に、図示しない銅板などが挟みこまれ、高周波系の配線がなされる。冷媒ケース１６に設けられた図示しない冷媒配管を介して、冷媒流路１５内に冷媒、例えば冷却水が導入され、排出される。
【０１０１】
なお、冷媒ケース１６と冷媒流路蓋２６及び石英ノズル２９のあたり面、及び、冷媒流路蓋２６と金属管２８のあたり面にも、オーリングが設けられている。
【０１０２】
このように、ソレノイドコイル２７の周囲、及び、長尺チャンバを構成する部材である金属管２８、石英ノズル２９の周囲に、冷媒としての冷却水が流れ、ソレノイドコイル２７、金属管２８、石英ノズル２９の冷却が実現される。
【０１０３】
また、金属管２８に石英窓１８をはめ込む構造とすることにより、大量の冷媒を流して冷媒流路１５内部の内圧（水圧）が高くなった場合においても、金属管２８、石英ノズル２９、石英窓１８の変形が起きにくい。つまり、本実施の形態においては、従来例に示した特許文献６に記載の技術において二重管構成として水冷した場合に比べて、はるかに大量の冷媒を流すことができ、効果的な冷却が可能である。剛性をさらに高めるために、冷媒ケース１６の材料や厚さを工夫することも可能である。
【０１０４】
長方形のスリット状のプラズマ噴出口８が設けられ、基材載置台１（或いは、基材載置台１上の基材２）は、プラズマ噴出口８と対向して配置されている。この状態で、長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源よりソレノイドコイル２７に高周波電力を供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７にプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射することにより、基材２上の薄膜２２をプラズマ処理することができる。プラズマ噴出口８の長手方向に対して垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動させることで、基材２を処理する。つまり、図３（ａ）の左右方向へ、図３（ｂ）の紙面に垂直な方向へ、誘導結合型プラズマトーチユニットＴまたは基材載置台１を動かす。
【０１０５】
長尺チャンバ内に供給するガスとして種々のものが使用可能だが、プラズマの安定性、着火性、プラズマに暴露される部材の寿命などを考えると、不活性ガス主体であることが望ましい。なかでも、Ａｒガスが典型的に用いられる。Ａｒのみでプラズマを生成させた場合、プラズマは相当高温となる（１０，０００Ｋ以上）。
【０１０６】
なお、本構成においては、プラズマ噴出口８の長手方向の長さが、基材２の幅以上となっているので、一度の走査（誘導結合型プラズマトーチユニットＴと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍の薄膜２２の全体を処理することができる。
【０１０７】
このようなプラズマ処理装置において、長尺チャンバ内にガス噴出口よりＡｒまたはＡｒ＋Ｈ2ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口８から基材２に向けてガスを噴出させながら、図示していない高周波電源より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、ソレノイドコイル２７に供給することにより、長尺チャンバ内部の空間７に高周波電磁界を発生させることでプラズマを発生させ、プラズマ噴出口８からプラズマを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【０１０８】
プラズマ発生の条件としては、プラズマ噴出口８と基材２間の距離＝３〜５０ｍｍ、走査速度＝５０〜３０００ｍｍ／ｓ、プラズマガス総流量＝１〜１００ＳＬＭ、Ａｒ＋Ｈ2ガス中のＨ2濃度＝０〜１０％、シールドガス（Ｎ2）流量＝１〜１００ＳＬＭ、高周波電力＝０．５〜１０ｋＷ程度の値が適切である。ただし、これらの諸量のうち、ガス流量及び電力は、プラズマ噴出口８の長さ１００ｍｍ当たりの値である。ガス流量や電力などのパラメータは、プラズマ噴出口８の長さに比例した量を投入することが適切と考えられるためである。
【０１０９】
このように、プラズマ噴出口８の長手方向と、基材載置台１とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口８の長手方向とは垂直な向きに、長尺チャンバと基材載置台１とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマの長さと、基材２の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。また、長尺チャンバをその中心軸に垂直な面で切った断面の幅（図３（ａ）における、長尺チャンバ内部の空間７の幅）は、プラズマ噴出口８の幅（図３（ａ）における隙間の幅）よりも少し大きい程度でよい。つまり、生成すべきプラズマの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
【０１１０】
また、本発明の種々の構成によって、基材２の表面近傍を高温処理することが可能となる。従来例で詳しく述べたＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、さまざまな表面処理に適用できる。
【０１１１】
また、太陽電池の製造方法としては、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。
【０１１２】
また、プラズマの着火を容易にするために、着火源を用いることも可能である。着火源としては、ガス給湯器などに用いられる点火用スパーク装置などを利用できる。
【０１１３】
また、説明においては簡単のため「熱プラズマ」という言葉を用いているが、熱プラズマと低温プラズマの区分けは厳密には難しく、また、例えば、田中康規「熱プラズマにおける非平衡性」プラズマ核融合学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．８（２００６）ｐｐ．４７９−４８３において解説されているように、熱的平衡性のみでプラズマの種類を区分することも困難である。本発明は、基材を熱処理することを一つの目的としており、熱プラズマ、熱平衡プラズマ、高温プラズマなどの用語にとらわれず、高温のプラズマを照射する技術に関するものに適用可能である。
【０１１４】
また、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理する場合について詳しく例示したが、反応ガスによるプラズマまたはプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理する場合においても、本発明は適用できる。プラズマガスに反応ガスを混ぜることにより、反応ガスによるプラズマを基材へ照射し、エッチングやＣＶＤが実現できる。或いは、プラズマガスとしては希ガスまたは希ガスに少量のＨ2ガスを加えたガスを用いつつ、シールドガスとして反応ガスを含むガスを供給することによって、プラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射し、エッチング、ＣＶＤ、ドーピングなどのプラズマ処理を実現することもできる。
【０１１５】
プラズマガスとしてアルゴンを主成分とするガスを用いると、実施例で詳しく例示したように、熱プラズマが発生する。一方、プラズマガスとしてヘリウムを主成分とするガスを用いると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。
【０１１６】
このような方法で、基材をあまり加熱することなく、エッチングや成膜などの処理が可能となる。エッチングに用いる反応ガスとしては、ハロゲン含有ガス、例えば、ＣxＦy（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ6などがあり、シリコンやシリコン化合物などをエッチングすることができる。反応ガスとしてＯ2を用いれば、有機物の除去、レジストアッシングなどが可能となる。ＣＶＤに用いる反応ガスとしては、モノシラン、ジシランなどがあり、シリコンやシリコン化合物の成膜が可能となる。或いは、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスとＯ2の混合ガスを用いれば、シリコン酸化膜を成膜することができる。その他、撥水性・親水性を改質する表面処理など、種々の低温プラズマ処理が可能である。
【０１１７】
従来技術（例えば、特許文献７に記載のもの）に比較すると、誘導結合型であるため、単位体積あたり高いパワー密度を投入してもアーク放電に移行しにくいため、より高密度なプラズマが発生可能であり、その結果、速い反応速度が得られ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
以上のように本発明は、ＴＦＴ用半導体膜の結晶化や太陽電池用半導体膜の改質に適用可能である。勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化や脱ガス低減、シリカ微粒子の集合体からなる誘電体層の表面平坦化や脱ガス低減、種々の電子デバイスのリフロー、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、さまざまな表面処理において、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。
【０１１９】
また、種々の電子デバイスなどの製造における、エッチング・成膜・ドーピング・表面改質などの低温プラズマ処理において、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。
【符号の説明】
【０１２０】
１ 基材載置台
２ 基材
Ｔ 誘導結合型プラズマトーチユニット
３ スパイラルコイル
４ 第一金属板
５ 第二金属板
６ 第三金属板
７ 長尺チャンバ内部の空間
８ プラズマ噴出口
９ プラズマガスマニホールド
１１ プラズマガス供給穴
１３ シールドガスノズル
１４ シールドガスマニホールド
１５ 冷媒流路
１６ 冷媒ケース
１７ 冷媒ケース
１８ 石英窓
１９ 耐熱性シール材
２２ 薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺で線状の開口部と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記開口部と連通し、かつ、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバと、前記長尺チャンバの内部にガスを導入するためのガス供給配管と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台と、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えた装置において、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間が、冷媒流路を構成すること、
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記コイルは、全体として一つのスパイラル形状をなす、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スパイラル形状のコイルは、平面状である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記長尺チャンバのうち前記スパイラル形状のコイルに近い側の内壁面が、前記コイルがなす平面と平行な平面である、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記長尺チャンバのうち前記スパイラル形状のコイルに近い面が、面積比５０％以上９５％以下の誘電体部材と金属で構成されている、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記長尺チャンバの外形が、前記スパイラル形状のコイルの外形よりも大きい、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
「前記長尺チャンバの深さ」＝「前記長尺チャンバの、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記長尺チャンバの深さが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
「前記長尺チャンバの深さ」＝「前記長尺チャンバの、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記長尺チャンバの深さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記開口部が、前記長尺チャンバにおいて、前記スパイラル形状のコイルとは反対側に設けられている、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記開口部から前記長尺チャンバへの向きと、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの向きが、互いに垂直である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記コイルが、前記長尺チャンバを取り囲むように配置されており、かつ、全体として一つのソレノイド状をなす、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記長尺チャンバに形成されたスリット状の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記長尺チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルに高周波電力を供給することで、前記長尺チャンバの内部に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法であって、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間に冷媒を流しつつ、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理すること、
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１】
長尺で線状の開口部と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもち、かつ、前記開口部と連通し、かつ、一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバと、前記長尺チャンバの内部にガスを導入するためのガス供給配管と、前記開口部の長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルと、前記コイルに接続された高周波電源と、基材載置台と、前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動可能とする移動機構を備えた装置において、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間が、冷媒流路を構成すること、
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記コイルは、全体として一つのスパイラル形状をなす、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記スパイラル形状のコイルは、平面状である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記長尺チャンバのうち前記スパイラル形状のコイルに近い側の内壁面が、前記コイルがなす平面と平行な平面である、請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記長尺チャンバのうち前記スパイラル形状のコイルに近い面が、面積比５０％以上９５％以下の誘電体部材と金属で構成されている、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記長尺チャンバの外形が、前記スパイラル形状のコイルの外形よりも大きい、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
「前記長尺チャンバの深さ」＝「前記長尺チャンバの、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記長尺チャンバの深さが０．５ｍｍ以上７ｍｍ以下である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
「前記長尺チャンバの深さ」＝「前記長尺チャンバの、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの方向の長さ」と定義するとき、前記長尺チャンバの深さが１ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記開口部が、前記長尺チャンバにおいて、前記スパイラル形状のコイルとは反対側に設けられている、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記開口部から前記長尺チャンバへの向きと、前記スパイラル形状のコイルから前記長尺チャンバへの向きが、互いに垂直である、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記コイルが、前記長尺チャンバを取り囲むように配置されており、かつ、全体として一つのソレノイド状をなす、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
一部に誘電体部材を含む金属部材で囲まれた長尺チャンバ内にガスを供給しつつ、前記長尺チャンバに形成されたスリット状の開口部から基材に向けてガスを噴出すると共に、前記長尺チャンバの長手方向と平行な向きに長尺な形状をもつコイルに高周波電力を供給することで、前記長尺チャンバの内部に高周波電磁界を発生させるプラズマ処理方法であって、
前記一部に誘電体部材を含む金属部材と、前記一部に誘電体部材を含む金属部材よりも外側に配置されたカバーによって囲まれた空間に冷媒を流しつつ、
前記開口部の長手方向に対して垂直な向きに前記長尺チャンバと前記基材とを相対的に移動しながら前記基材の表面を処理すること、
を特徴とするプラズマ処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１５０２６（Ｐ２０１３−１１５０２６Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６３３０３（Ｐ２０１１−２６３３０３）
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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